Очистка жидкометаллических и солевых сред электрохимических операций переработки ОЯТ

08.12.2021 2021 - №04 Топливный цикл и радиоактивные отходы

А.С. Щепин А.М. Кощеев И.В. Кузнецов М.Ю. Калёнова И.М. Мельникова

https://doi.org/10.26583/npe.2021.4.05

Работа посвящена изучению процесса регенерации жидкометаллической среды, используемой при пироэлектрохимической переработке отработавшего смешанного уран-плутониевого нитридного топлива, нарабатываемого реакторной установкой на быстрых нейтронах. Исследованы взаимодействие жидкого кадмия со шламом, образующимся при анодном растворении керамических нитридных таблеток в среде расплава 3LiCl-2KCl, а также возможность его очистки методом фильтрации от индивидуальных металлических продуктов деления. Методом сканирующей электронной микроскопии определено, что металлический продукт сложен несколькими взаимопрорастающими фазами. Установлено, что при контакте полиметаллического сплава, имитирующего анодный шлам, с расплавом жидкометаллическая фаза насыщается до 0,025 мас.% Pd, 0,01 мас.% Rh за 50 часов при 500°C, цирконий при этом образует нерастворимый дисперсный интерметаллид состава ZrCd3. Металлические молибден и рений не смачиваются кадмием, и могут быть извлечены на ~ 99% с помощью стальной фильтровой сетки П200 полотняного плетения. Эффективности фильтрации порошков рутения и палладия не превысили 54,3 и 13,1 мас.% соответственно ввиду частичного растворения и утоньшения частиц, что будет приводить к насыщению жидкометаллической фазы и необходимости очистки ее альтернативными методами.

Ссылки

1. Адамов Е.О., Алексахин Р.М., Большов Л.А. и др. Проект «Прорыв» – технологический фундамент для крупномасштабной ядерной энергетики. // Известия РАН. Энергетика. – 2015. – № 1. – С. 5-13.
2. Алексахин Р.М., Спирин Е.В., Соломатин В.М., Спиридонов С.И. Некоторые экологические аспекты сооружения опытно-демонстрационного энергокомплекса. // Атомная энергия. – 2016. – Т. 120. – № 6. – С. 312-318. DOI: https://doi.org/10.1007/s10512-016-0146-3 .
3. Шадрин А.Ю., Двоеглазов К.Н., Масленников А.Г. и др. РH-процесс – технология переработки смешанного уран-плутониевого топлива реактора БРЕСТ-ОД-300. // Радиохимия. – 2016. – Т. 58. – № 3. – С. 234-241. DOI: https://doi.org/10.1134/S1066362216030085 .
4. Шадрин А.Ю., Двоеглазов К.Н., Иванов В.Б., Волк В.И., Шаталов В.В. Химико-технологические вопросы замыкания топливного цикла с реакторами на быстрых нейтронах. // ВАНТ. Серия: Материаловедение и новые материалы. – 2014. – № 1 (76). – С. 69-80.
5. Goff Michael. Electrochemical Processing of Spent Nuclear Fuel. / Proc. of the Nuclear Regulatory Commission Seminar. – Rockville, MD. – March 25, 2008. Электронный ресурс: http://www.ne.doe.gov/pdfFiles/Goff_Electrochemicalposting.pdf (дата доступа 20.06.2021).
6. Tadafumi Koyama, Takatoshi Hijikata, Takeshi Yokoo, Tadashi Inoue. Development of Engineering Basis for Industrialization of Pyrometallurgical Reprocessing. / Global 2007, Boise, Idaho, September 9-13, 2007. – PP. 1038-1043.
7. Goff K.M., Wass J.C., Marsden K.C., Teske G.M. Electrochemical Processing of Used Nuclear Fuel. // Nuclear Engineering And Technology. – 2011. – Vol. 43. – No. 4. – PP. 335-342. DOI: https://doi.org/10.5516/NET.2011.43.4.335 .
8. Brunsvold A.R., Roach P.D., Westphal B.R. Design and Development of a Cathode Processor for Electrometallurgical Treatment of Spent Nuclear Fuel. / Proc. of the ICONE 8: VIII-th International conference on Nuclear Engineering. April 2-6, 2000. – Baltimore, MD USA. – 13 p.
9. Goff Michael. Electrochemical Processing of Spent Nuclear Fuel. / Idaho National Laboratory. Nuclear Regulatory Commission Seminar. – Rockville, MD. – March 25, 2008. – 32 p.
10. LineberryM.J., Phipps R.D., McFarlane H.F. Status of IFR Fuel Cycle Demonstration. – Argonne National Laboratory-West. – Aug. 30, 1993. – OSTI. – 10 p.
11. Westphal Brian R. et al. On the Development of a Distillation Process for the Electrometallurgical Treatment of Irradiated Spent Nuclear Fuel. // Nuclear Engineering and Technology. – 2008. – Vol. 40. – No. 3. PP.163-174. DOI: https://doi.org/10.5516/NET.2008.40.3.163. Электронный ресурс: http://article.nuclear.or.kr/jknsfile/v40/JK0400163.pdf (дата доступа 20.06.2021).
12. Prototype Cathode Processor (PCP) – Nuclear Engineering Division (Argonne). Электронный ресурс: http://www.ne.anl.gov/facilities/pcp/ (дата доступа 20.06.2021).
13. Westphal B.R., Price J.C., Vaden D. Engineering-Scale Distillation of Cadmium for Actinide Recovery. // J. Alloys Comp. – 2007. – Vol. 444. – P. 561. – Idaho National Laboratory, Idaho Falls ID 83415 USA. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2007.02.072 .
14. Осипенко А.Г., Нечаев П.И., Галиев Р.С., Погляд С.С. Опыт вторичного восстановления актинидов в расплаве LiCl-Li2 O. / Сборник тезисов «Радиохимия 2018». – М.: Межведомственный научный совет по радиохимии при Президиуме РАН и Госкорпорации «Росатом», 2018. – С. 309.
15. Бабашов В.Г., Варрик Н.М., Карасева Т.А. Пористая керамика для фильтрации расплавов металлов и горячих газов (обзор). // Труды ВИАМ. – 2020. – № 8 (90). – С. 54-63. DOI: https://doi.org/10.18577/2307-6046-2020-0-8-54-63 .
16. Сидоров В.В., Мин П.Г., Фоломейкин Ю.И., Вадеев В.Е. Влияние скорости фильтрации сложнолегированного никелевого расплава через пенокерамический фильтр на содержание примеси серы в металле. // Электрометаллургия. – 2015. – № 5. – С. 12-15. DOI: https://doi.org/10.1134/S0036029515060142
17. Zhitkov A., Potapov A., Karimov K., Shishkin V., Dedyukhin A., Zaykov Yu. Interaction between UN and CdCl2 in Molten LiCl-KCl Eutectic. I. Experiment at 773 K. // Nuclear Engineering and Technology. – 2020. – Vol. 52. – No. 1. – PP. 123-134. DOI: https://doi.org/10.1016/j.net.2019.07.006 .
18. Осипенко А.Г. Получение хлорида урана (III) мягким хлорированием в расплаве хлоридов лития и калия. / Научный годовой отчёт АО «ГНЦ НИИАР» (отчёт об основных исследовательских работах, выполненных в 2016 г.). Под общ. ред. В.В. Калыгина. – Димитровград: НИИАР, 2017. – С. 139-140.
19. Потапов А.М., Каримов К.Р., Шишкин В.Ю., Зайков Ю.П. Взамодействие UN+CdCl2 в среде расплавленной эвтектики LiCl-KCl. Эксперимент и термодинамическое моделирование. // Труды Кольского научного центра РАН. – 2018. – Т. 9. – № 2-1. – С. 431-434.
20. Тананаев И.Г., Ровный С.И., Мясоедов Б.Ф. Технеций. (Библиотека молодого радиохимика). Учеб. пособ. для вузов. – Озерск: РИЦ ВРБ ФГУП «ПО «Маяк», 2006. – 82 с.
21. ГОСТ 3187-76. Сетки проволочные тканые фильтровые. Технические условия. – М.: ИПК Издательство стандартов, 2003. – 7 с. Электронный ресурс: https://rosstandart.msk.ru/gost/001.077.140.065/gost-3187-76/ (дата доступа 20.06.2021).
22. Reed S.J.B. Electron Microprobe Analysis and Scanning Electron Microscopy in Geology. – Cambridge University Press, New York, 2-nd ed., 2005. – 216 p. DOI: https://doi.org/10.1017/CBO9780511610561 .
23. Криштал М.М., Ясников И.С., Полунин В.И., Филатов А.М., Ульяненков А.Г. Сканирующая электронная микроскопия и рентгеноспектральный микроанализ в примерах практического применения. Учебн. пособ. для вузов. – М.: Техносфера, 2009. – 206 с.
24. Коваль А.А. Анализ процесса вакуумной дистилляция металлов. // Вестник Димитровградского инженерно-технологического института. – 2016. – № 3 (11). – С. 29-38.
25. Володин В.Н., Храпунов В.Е., Бурабаева Н.М., Рузахунова Г.С., Марки И.А. Рафинирование чернового кадмия с попутным извлечением таллия. // Цветные металлы. – 2013. – № 1 (841). – С. 48-52.
26. Tetsuya Kato et al. Distillation of Cadmium from Uranium-Plutonium-Cadmium Alloy. // Journal of Nuclear Materials. – 2005. – Vol. 340. – PP. 259-265. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2004.12.002.

анодный шлам ЗЯТЦ фильтрующий элемент 3LiCl-2KCl электролизер ОЯТ интерметаллид

Ссылка для цитирования статьи: Щепин А.С., Кощеев А.М., Кузнецов И.В., Калёнова М.Ю., Мельникова И.М. Очистка жидкометаллических и солевых сред электрохимических операций переработки ОЯТ. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2021. – № 4. – С. 53-65. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2021.4.05 .